1、大學物理實驗報告【實驗名稱】望遠鏡和顯微鏡【實驗目的】（1）了解望遠鏡和顯微鏡的構造及其放大原理，并掌握其使用方法;（2）了解視放大率等概念并掌握其測量方法；（3）進一步熟悉透鏡成像規律。【實驗原理】（一）望遠鏡1 望遠鏡基本光學系統基本的望遠系統是由物鏡和目鏡組成的無焦系統，物鏡Lo的像方焦點F。'與目鏡Le的物方焦點Fe重合，如圖所示。無窮遠物體發出的光經物鏡后在物鏡焦平面上成一倒立縮小的實像，再利用目鏡（短焦距）將此實像成像于無窮遠處，使視角增大，利于人眼觀察。為了利于對遠處物體的觀測，望遠鏡物鏡的焦距 一般較長。1.望遠鏡的基本光學系統圖示望遠鏡，物鏡與目鏡均為會聚透鏡，這種望

2、遠鏡稱為開普勒望遠鏡，其優點是可在物鏡與目鏡之 間的中間像平面上安裝分劃板（其上有叉絲和刻尺）以供瞄準或測量。實驗裝置中用到的望遠鏡（如分光 計上的望遠鏡，光杠桿系統中的望遠鏡等）均為開普勒望遠鏡，在中間像平面上裝有分劃板。實際上，為方便人眼觀察，物體經望遠鏡后一般不是成像于無窮遠，而是成虛像于人眼明視距離處； 而且為實現對遠近不同物體的觀察，物鏡與目鏡的間距即鏡筒長度可調，物鏡的像方焦點與目鏡的物方焦 點可能會不重合。使用望遠鏡時，觀察者應先調目鏡看清分劃板，使分劃板成像于人眼明視距離處，再調 節望遠鏡鏡筒長度，即改變物鏡、目鏡間距，使被觀察物清晰可見并與分劃板叉絲無視差。2.望遠鏡的視放大

3、率視放大率r定義為目視光學儀器所成的像對人眼的張角（記為3 '的正切與物體直接對人眼的張角 （記為3）的正切之比，即：tantan對圖示望遠鏡，有：y'y'y'tan, tan 'fofefe'因此，望遠鏡的視放大率-T為其中，fe、 fe'分別是Le的物方焦距、像方焦距，fe = fe'。實際測量望遠鏡無焦系統的視放大率時，可以利用圖示光路。用儀器測出像高y“，從三角關系可得出：JIfo'yfe'fey''因此無焦系統的視放大率可測出。測量望遠鏡的視放大率圖3.物像共面時的視放大率當望遠鏡的被觀察

4、物位于有限遠時，望遠鏡的視放大率可以通過移動目鏡把像y''推遠到與物y在一個平面上來測量。如圖所示：顯微鏡的基本光學系統實際上，顯微鏡所成的像同樣不是在無窮遠而是在明視距離處。使用時要先進行視度調節使分劃板叉 絲的像位于人眼明視距離處，再調整顯微鏡與被觀察物之間的距離（稱為調焦）使被觀察物清晰可見并與 分劃板叉絲的像無視差。2.顯微鏡的視放大率D = 250mm處時直接對人眼的張角的顯微鏡的視放大率定義為像對人眼的張角的正切與物在明視距離正切之比。通過三角關系得：y'/ fe'M -：y/DDy' fe'y fe' fo'式中-

5、y'/ y = / fo'為物鏡的線放大率,e = D / fe'為目鏡的視放大率。顯微鏡成像于有限遠時的光路圖當顯微鏡成虛像于距目鏡為l''的位置上，且眼睛位于目鏡后焦點處觀察時 （如圖），顯微鏡的視放大率斗 y”/（l 吋 fe'） y”/（l”+fe'） y' Dy' R r為：-Me，但是中間像并不在目鏡的物方焦平面上，y/Dy'/D yfe'y-y'/ ；./ fo'。此時視放大率的測量可以通過一個與主光軸成45°的半透半反鏡把一帶小燈的標尺成虛像至顯微鏡的像平面，直接比

6、較測量像長y''，即可得出視放大率【實驗器具】1件（物鏡線放大率為 1.000）,豎直標尺1件（分格值1件，玻璃標尺1件（分格值0.20mm），帶小燈的毫米望遠鏡實驗：物鏡1件，目鏡1件，測量顯微鏡5.0mm），導軌1臺，滑塊若干，像屏 1件。顯微鏡實驗：物鏡1件，目鏡1件，半透半反鏡標尺1件，木尺1把，導軌1臺，滑塊若干。【實驗任務】1. 望遠鏡實驗實驗內容：自己組裝望遠鏡，并測量望遠鏡無焦系統的視放大率，測量物距為離望遠鏡物鏡65.00cm且物像共面時的視放大率。實驗中用日光燈照亮豎直標尺作為望遠鏡的“物”，并做共軸調節，使物標尺上的十字交點與透鏡Lo、Le共軸，且該軸與光

7、具座的導軌平行。記錄標尺平面（物）的位置時注意滑塊刻線（表示支架中心的位 置）與標尺平面不共面。測量物鏡與目鏡焦點重合的望遠鏡的視放大率。使透鏡間距為fo- fe'，用測量顯微鏡測出豎直標尺上3小格（即15.0mm）經望遠鏡后所成像的大小y"，重復測量三次取平均值 y"，計算出視放大率，并比較實驗值與理論值，計算相對偏差。測物像共面時的視放大率r,先取物距L1= 65.00cm。移動目鏡，使從目鏡中能看到豎直標尺的像。接著用一只眼睛從望遠鏡外直接觀察豎直標尺，另一只眼睛通過望遠鏡看標尺像，一邊輕輕晃動眼睛，一 邊緩慢移動目鏡位置，使標尺與其像之間基本沒有視差。測出與

8、標尺像上n格所對應的標尺上的 m格，最后求出視放大率的平均值，并比較實驗值與近似值，計算相對偏差。2. 顯微鏡實驗自己設計組裝一臺觀察點位于目鏡后焦點、成像于人眼明視距離D= 250mm處、視放大率為20倍的顯微鏡，并世紀測量該顯微鏡的視放大率。實驗前應先里哦女冠所提條件及提供的物鏡目鏡焦距設計計算物鏡與目鏡間距I （如圖所示），可以分別利用三角相似關系、 放大率的要求等求出中間像y'距物鏡、目鏡的間距q。、pe，即可得出丨二qo，pe。實驗時按計算值在光具座上安裝好一臺顯微鏡，以綠色帶小燈的玻璃標尺作物，調節物距，通過目鏡 看清楚此綠色標尺的像。測量視放大率裝配儀器時毫米標尺AB所成

9、的像應與顯微鏡設計的成像面重合，計算出x的值。使通過P同時看到的毫米標尺 AB的像和玻璃標尺像間消視差。若綠色玻璃標尺上n格與毫米標尺的m分格等大，則：y'' mtrM =y n其中：t為毫米標尺的分格值(t = 1.0mm), t為玻璃標尺的分格值(t= 0.20mm )。共需測量三次, 求平均視放大率，并與設計值比較，計算相對偏差。測顯微鏡視放大率的儀器裝配圖【實驗數據處理】(1) qo， pe的推導:顯微鏡成像于有限遠時的光路圖I 對q。：如圖所示，設實物 y與鏡Lo之間的距離為x，則由相似關系:qo _ y' _ fe'- 1x yD又由成像公式知：1

10、/ 1 fo' x qo聯立上述兩式可得：q。= fofo' fMe DII .對 pe : 由 M 二 D y' fe' yM 二 y" 知:y'fe'yy'' D由幾何相似關系可知：一乂一 fe' l''y'' D又由成像公式：1 _ 1 _ 1 fe'pe l''聯立上述兩式可得：Pefefe'2 D(2) x的推導:/l&JJk ur-I逼S>女口圖，x 的大小等于半透半反鏡到像的距離，x='' s , 其中I&

11、#39; ±£pe二fe(-鳥 l»fe，由此可得：X 二 D - fe' Syfe'D【實驗數據】1. 標定測量顯微鏡用綠色刻尺(每格 0.20mm )作為標準標定測量顯微鏡：測量顯微鏡編號標準物y= mm 像y'= mm 顯微鏡物鏡放大率B e = _2. 望遠鏡實驗物鏡編號 物鏡焦距fo' =cm 目鏡編號 目鏡焦距fe' =cm E字高通過測無焦系統橫向視放大率來測望遠鏡視放大率物屏位置 cm物鏡位置 Lo =cm目鏡位置 Le=cm測量序號12345E字上端線位置d1(mm)E字下端線位置d2(mm)E 字像高 y

12、”=d2-d1(mm)y'' =cm:T = - t =理論值:T = fo'/ fe' = 實驗值與理論值相對偏差=望遠鏡物像共面的視放大率物屏位置cm物鏡位置Lo=cm目鏡位置Le =cm測量序號123物高/cm像對應標尺數/cm視放大率r-= 】理論= 實驗值與理論值相對偏差= 3. 顯微鏡實驗：物鏡編號7物鏡焦距f。'=cm 目鏡編號 目鏡焦距fe'二 cm 設計觀察點位于目鏡后焦點成像于明視距離處放大率為20倍的顯微鏡時所用公式及計算結果：中間像y '距物鏡的間距中間像y距目鏡的間距I = q。pe =cm 實測顯微鏡放大率物支

13、桿位置 cm物距物支桿距離 mm 物鏡位置 LO=cm目鏡位置 Le =cm 半透半反鏡位置 P=cm帶小燈標尺距半透半反鏡位置綠色刻尺分度t= 0.20mm,帶小燈的標尺分度 t=1.0mm測量序號123所觀察物的格數m像對應的標尺格數 n視放大率m-M = 實驗值與理論值的相對偏差【思考題】1. 用同一臺望遠鏡觀測不同距離的物體時，其視放大率是否改變？答：用同一臺望遠鏡觀測不同距離物體時，視放大率是不同的，明顯的例子如測量無焦系統和物像共fo'fo' (L+ fe')面時的視放大率，無焦系統的視放大率:T=，而物像共面時的視放大率為，兩者不fe'fe'(Ll f。')同，但是當物距 Li大于20倍物鏡焦距時，兩者差別就不明顯了。2. 本實驗中使用的測量顯微鏡的線放大率為1.000倍，目鏡的視放大率約為10倍。當用它來測量無焦系統中像高y”的大小時，為什么顯微鏡目鏡的放大作用不用考慮？答：因為其線放大率為1.000倍，即通過測量顯微鏡觀察像時，像的大小和不通過顯微鏡而直接觀察是一樣的，并沒有被放大或者縮小，當觀察y”時我們需要的是其像的高而非視放大作用，所以不必考慮其視放大作用。3. 望遠鏡和顯微鏡的結構和使用上由哪些相同點和不同點？答：如表格所示：